导电杆挤压模具的设计论文

河南科技大学毕业论文 第 1 页 毕业设计（论文）任务书 学生姓名：林涛 专业班级：模专 001 班 设计（论文）题目：导电杆精密成型工艺及模具设计 设计（论文）内容和要求： 内容： 了解挤压工艺的发展挤压工艺原理，参数选择，挤压力计算及设备选择。 研究导电杆挤压工艺特点及挤压工艺制定 要求 分析导电杆挤压 工艺方案制定切实可行工艺设计。 设计一套挤压模具图纸 0号 3 张 编写设计说明书 5000 字以上 进度计划： 3 月 10 日 4 月 4日 查阅资料完成方案设计。 4 月 7日 5月 1 日 导电杆挤压工艺参数，模具设计，草图绘制。 5 月 5日 5月 30 日 设计模具图，编写说明书。 6 月 2日 6月 15 日 毕业设计各种文件打印装订 参考书目： 挤压工艺及模具设计 挤压工艺及模具 冲压手册 指导教师：辛选荣 教研室主任： 年 月 日 河南科技大学毕业论文 第 2 页 目 录 毕业设计（论文）任务书 1 第一章 工 艺 方 案 的确 定 2 1.1 制件图 2 1.2 工艺分析 3 1.3 工艺方案的确定 3 1.4 工艺方案的校核 3 1.5 毛坯的选择和制备 4 第二章 工艺参数的计算 6 2.1 单位挤压力的计算 6 2.2 总挤压力的计算 7 2.3 压力设备的选择 7 第三章 模具设计 9 3.1 模具结构形式的选择 9 3.2 模具 工 作 部分 的 设 计 10 3.3 组合凹模的设计与优化 12 3.4 凸凹模材料的选择和热处理 13 3.5 顶出 装 置 的设 计 13 3.6 模具闭合高度与开模行程的校核 14 第四章 毛 坯 与 模 具 的 润 滑 和 软 化 处 理 15 4 . 1 挤 压 过 程 15 4.2 毛坯与模具的润滑 15 4.3 中间退火 软化 15 总结 16 参 考文 献 17 致谢 18 河南科技大学毕业论文 第 3 页 导电杆精密成型工艺及模具设计 摘 要 挤压技术所涉及的范围很广，本论文主要介绍了挤 压模具的设计过程中的最基本的内容。其中主要包括了挤压模具的设计步骤，设计要领，设计细节以及注意事项。 模具是一种生产效率很高的工艺装备，挤压模具作为模具的一种在塑性成形领域有着很重要的地位。另外，与其他的成形技术相比较，挤压加工具有高产、优质、低消耗的优点，在技术和经济上有着很高的使用价值因此选择挤压模作为毕业设计有着实际的意义 。 本文着重论述了挤压模具的凸模和凹模的设计原则和设计思想，探讨用更换凸凹模的方法来完成多个工序的挤压，以降低模具的生产成本。另外，随着科学技术的发展和计算机的日益普及化，计算机和制 造业的联系也越来越紧密，各种辅助设计软件的使用将使塑性加工行业在未来有着更为广阔的发展前景 。 关键词： 挤压，塑性成形，凸模，凹模 河南科技大学毕业论文 第 4 页 The pole that conduct electricity the design squeezes the molding tool ABSTRACT Pinch technology involved very wide range, this thesis main introduction pinch most basic content of design process of the mould. Include pushing the design step of the mould mainly among them , design the main point , design the detail and precautions. Mould one production efficiency high craft equip , pinch mould take shape as one of mould field have important status very in plasticity very. In addition take shape with others technology compare with, pinch and process the advantage with high yield, high-quality, low consumption, have high use value choose and pinch mould have actual meanings as graduation project very economically in technology. With the development of science and technology and popularization day by day of the computer, the connection between the computer and processing industry is closer and closer, various kinds of auxiliary appearances which design the software will make the processing industry of plasticity have wider development prospects in the future . Keyword: The cold is pushed, hot extrusion, concave mould , protruding mould 河南科技大学毕业论文 第 5 页 前 言 挤压技术作为一种高效、优质、低消耗的少无切削加工工艺，在金属材料的塑性加工中获得了迅速的发展。目前，在机械、轻工、民用、宇航、军工、电器部门中的应用日益广泛，已经成为塑性加工中不可缺少的重要加工手段之一。与其它的成形技术相比较，挤压加工具有高产、优质、低消耗的优点，在技术和经济上有着很高的使用价值。 挤压技术所涉及的内容很广，本论文主要介绍了挤压工艺方案的制定、凸凹模尺寸的计算等模具设计中的基本内容。旨在通过本次设计使自己对挤压模具的设计有一个全面的了解，能够进行简单的挤压模设计。 在设计过程中 ，注重解决了模具各个部件之间的配合关系、模具型腔尺寸的计算、挤压力的计算、顶出机构的设计以及制件的退火软化处理等一系列问题。全文共分 7章，第一章为制件的工艺性分析，第二章是工艺参数的计算，第三章是模具的设计，第四章是挤压过程的论述，第五章是总结，第六章是对在本次设计过程中对我进行直到的老师们的感谢。 另外，本人在设计过程中，通过借鉴参考文献中各位作者的研究成果和数据资料，丰富了本文的内容，在此，也对他们表示忠心的感谢。 河南科技大学毕业论文 第 6 页 第一章 工艺方案的确定 1.1 制件图 图 1-1 制件图 由于挤压件还需要进行后续的机加工，所以该图为加有修边余量的制件图。 河南科技大学毕业论文 第 7 页 1.2工艺分析 从制品的外形看，该零件属于中间带凸缘的杆形件，外径 60mm，总高431mm，表面粗糙度要求不高，属于半成品制件，还需要做后续加工。选择挤压、机加工是较为合理的工艺方法。并且，该零件材料为 T2 R 紫铜，属于有色金属。价格较贵，若采用直接机加工，则必然造成大量材料浪费，致使材料利用率过低，还加大了生产成本。对于要大批量生产该零件来说，这显然是不可接受的。 该零件材料为紫铜，其 铜含量为 99.98%以上，相对来说，其它的杂质较少，其机械性能如下表： 牌号 材料状态 机械性能 / MPa b/ MPa s / MPa 10 100 /103 MPa 紫铜 软 157 196 69 30 106 T1 T2 T3 硬 235 294 3 127 表 1-1 可见，若采用软供应状态下的棒材，其伸长率为 30%，布氏硬度不高， 塑性较好，很适合冷挤压工艺。 另外，该零件的断面形状对称，挤压力相对较小，且不容易产生不平衡的侧向力，模具的使用寿命较长；相邻横断面积不大且断 面过度平缓，不容易导致不均匀变形所引起的模具局部过载、剧烈磨损和早期损坏。在挤压过程中应力分布均匀，对于凸缘部分可以镦挤出来，所以，该零件的工艺性较好。 1.3工艺方案的确定 根据该零件的形状特点，现确定以下的工艺方案： 采用复合挤压，挤出凸缘后，再镦挤凸缘成形。该方案分两个工序中间采用软化退火处理，故各自成形时的单位挤压力均不大，成形方案简单可靠，并且模具制造简单。可以通过更换凸凹模的方法在一套模具上实现复合挤压和镦挤两个工序，在技术和经济上都比较合理。 下面将对该工艺方案进行校核 1.4工艺方 案的校核 由于该挤压件采用复合挤压成形，故对该工序的一次挤压成形范围的校核河南科技大学毕业论文 第 8 页 是必要的。所谓一次成形范围是指在当前技术条件下，一次成形所允许的加工界限。是根据不超出冷挤压加工的许用变形程度、一定的模具使用寿命以及良好的冷挤压件质量等原则来确定的。 （ 1） 断面收缩率 A：由挤压件图可以得出： A =（ A0 A1） A0 100% =（ d02 d12） d02 100% =（ 522 232） 522 100% =80.4% 由参考书目 1 第五章内容可知，铜的许用断面收缩率为正挤压 90% 95%，反挤压 75% 90%，故实际断面收缩率没有超出许用断面收缩率，所以可以一次成形。 （ 2） 毛坯的高径比： h0 d0 毛坯的高径比过大，必然会增大摩擦力，增大挤压力，挤压力增大倍数 n随着高径比 h d 增大而增大，为了不使单位挤压力超出许用值，一般应限制h0 d0 8。 该零件： h0 d0 101 52 2 8 故该零件可以一次成形。 （ 3） 实心件杆部直径 d1 杆径 d1过小，变形程度会超出许用变形程度，相反，中心层易产生内部裂纹。对于有色金属实心件来说，为了限制变形程 度不超出许用变形程度，且又不至于产生内部裂纹，一次成形的杆径 d1应在下述范围： a) 4D d1 0.9D 对于该件 D=52mm， d1 23mm，符合上述范围。 故可以一次挤压成形。 综上所述，对于该零件的一次成形范围校核可以得出：该零件的成形可以一次成形得到。 1.5毛坯的选择和制备 由于采用的成形方案分两个工序，复合挤压时采用实心圆棒料，可以由原材料直接制成。而镦挤时用复合挤压得到的中间毛坯制备零件。 因为冷挤压得到的零件都需要进行切削加工，该挤压件也不例外，所以在计算毛坯体积时应加上修边余量， 即 V0 VP VS 其中 V0 毛坯体积（ mm2） VP 挤压件体积（ mm2） VS 修边量体积（ mm2） 河南科技大学毕业论文 第 9 页 根据这个公式可以得到该挤压件的毛坯体积： V0 (11.5)2 431 (30.5)2 10 (11.5)2 10 1.05 =204036.4 1.05 =214238.22mm3 其中修边余量 VS可以查参考书目 158 页的图表 4 2 得到，由于本挤压件高度大于 100mm，所以修边余量为高度的 5%。 本挤压件 拟采用 52mm的圆棒料，因为其体积已知道，所以其质量为 M V 1906.7 g。 所以毛坯的高度为 h0 V0 (26)2 100.9mm，所以选 h0 101mm。 对于棒料毛坯通常有两种备料方法，截切法和锯切法，截切法备料是在专用的截切模内进行的。这种备料方法的优点是生产率高，材料利用率高；缺点是毛坯形状欠规则，需要平整圆端面的情况下不适合；而锯切法备料，毛坯端面平整，尺寸精度高，形状规则，但是生产效率低，并且有切削损失。由于该模具需要端面平整，直径偏差低的毛坯料，故选用锯切法备料 河南科技大学毕业论文 第 10 页 第二章 工艺参数的计算 挤压力是选择挤压机吨位的重要数据，如果挤压机的吨位小于实际挤压时所需要的挤压力，将无法生产出合格的产品，相反，挤压机吨位过大，将造成资源的浪费。并且挤压力的大小又是合理选择模具材料，进行模具设计以及安排变形工序的重要依据，因此预先计算挤压力是合理进行挤压工序设计的先决条件。 国内外的许多专家学者对挤压力的计算进行了广泛的研究，用各种方法推导出多种公式或者图表来确定挤压力。但是，由于影响挤压力的因素众多，无法完全考虑，很难准确的计算出挤压力，又由于各自采用的方法、力学模 型和简化假设不一样，所以即使对同一个工件，相同条件下用不同的方法计算出来的结果也彼此相差很大，并且由于应用各种计算公式的计算结果与实际差距也不同，因此寻找一种接近实际生产的挤压力计算方法用以指导、设计、生产是很必要而且实用的。 国内外的许多专家学者对挤压力的计算进行了广泛的研究，用各种方法推导出多种公式或者图表来确定挤压力。但是，由于影响挤压力的因素众多，无法完全考虑，很难准确的计算出挤压力，又由于各自采用的方法、力学模型和简化假设不一样，所以即使对同一个工件，相同条件下用不同的方法计算出来的结果也彼此相差 很大，并且由于应用各种计算公式的计算结果与实际差距也不同，因此寻找一种接近实际生产的挤压力计算方法用以指导、设计、生产是很必要而且实用的。 2.1单位挤压力的计算 （ 1）经验公式法 它是人们在生产实践中总结出来的一种计算挤压力的方法，它主要考虑了一些主要的影响因素，对于次要因素或者忽略或者和主要因素一起合进系数中进行计算。这种方法计算简便，计算量少，但是经验公式以实验为基础，所以该方法应用于已经做过实验的部分材料较为准确，另外经验公式的不足之处是：实际生产和实验条件会存在一些误差，因此，用经验公式计算 出来的单位挤压力和实际挤压力存在着一些差距。 采用比较简便且常用的计算公式如下： P x * n * b 式中： P 单位挤压力 河南科技大学毕业论文 第 11 页 n 各种因素对冷挤压单位挤压力影响系数的平均值。 其中： n a *（ A0/ A1） b 其中： a、 b 与材料有关的系数，对于有色金属， a 3.14 b=0.8 A0、 A1 毛坯挤压前后的截面积 X 模具形状影响系数 b 冷挤压件的材料抗拉强度（ MPa） 由 n a *（ A0/ A1） b 3.14 （ 522 232） 0.8 5.92 由参考书目 1 第 39 页的图表 3 33 查知 x 0.8 所以： P x * n * b 0.8 5.92 196 928.256 MPa （ 2）根据有色金属挤压力的图算法（参考书目 1 第 48 页的图表 3 43 ） 由于该零件的断面收缩率： A 80.4% 查图表得出其单位挤压力为 P 950 MPa 2.2总挤压力的计算 冷挤压中总的挤压力的计算公式，可以采用锻压工艺中的计算变形力的通式 ，即 F=cPA 式中 F 总挤压力或所选择的压力机的吨位（ KN） P 单位挤压力（ MPa） A 凸模与毛坯的接触面积在垂直于挤压力的平面上的投影面积 C 安全系数。考虑到材质的波动，软化，润滑处理等因素的影响，一般取 c 1.3 正挤压时总的挤压力： F=c P A =1.3 950 106 （ 2.6） 2/104 =2568.88KN 2.3压力机设备的选择 河南科技大学毕业论文 第 12 页 由计算出的 最大 总挤压力，查参考书目 2 第 546 页表 9-9 可以选 YA32-315型四柱万能液压机，其技术参数如下： 型号 公称压力 （ KN） 滑块行程 （ mm） 工作台尺寸 （ mm） 活动横梁 至工作台 最大距离 （ mm） YA32-315 3150 800 1160 1260 1250 对滑块行程，顶出力大小，压力机工作台和活动横梁至工作台最大距离将在以后的模具设计中予以校核。 河南科技大学毕业论文 第 13 页 第三章 模具设计 冷挤压模具的结构主要由以下几个部分组成： 1. 工作部分 2. 传力部分 3. 顶件部分 4. 卸件部分 5. 导向部分 6. 紧固部分 冷挤压的单位挤压力很大， 远超出一般的塑性成形方法的单位压力。由此可以知道，冷挤压模具的工作条件是极其恶劣的，必须经的住静态高压，经得起冲击，经得住毛坯和模具接触面之间的摩擦，同时还要经得住疲劳。因此，为了确保模具的正常工作和使用寿命，与冷冲压模具相比，冷挤压模具有以下特点： 1. 冷挤压模具工作部分材料应具有高强度，高硬度，高耐磨性，一定的韧性以及良好的热硬性，热稳定性，耐热疲劳性等性能，并应选用合适的加工方法和热处理规范。 2.模具工作部分的过度应采用光滑的圆角过度，以防止产生较大的应力集中而开裂，造成模具的早期失效。 3.模具 工作部分与上下底板之间一定要设有厚实的经淬硬的压力垫板，以缓和从凸模或者凹模传来的超高压力，防止压坏上下底板。 4.为了提高模具工作部分强度，冷挤压凹模一般不是采用整体式结构，而应采用施加预应力的组合式结构，凸模有时也采用组合式结构。 5.上下底板一般不用铸铁材料制造，而采用具有足够厚度的中碳钢经锻造或者直接用钢板制成。以保证模具有较高的强度和刚性。 6.为了确保凹模和凸模的定位可靠，且便于快速更换，宜用最坚固和最方便的沟槽式固定方法或者压板结构。 3.1模具结构形式的选择 由于该挤压件由复合挤压和镦 挤两个步骤，且镦挤时的挤压力小于复合挤压时的挤压力，所以可以采用一套模具的方法，通更换凸模和凹模等主要工作部分的零件来完成产品成形所需要的两道工序，这样不仅可以减轻工人的工作强度，还降低了生产成本。 河南科技大学毕业论文 第 14 页 由于该挤压件的形状所决定，本次设计采用导柱导套导向的冷挤压模具。有助于提高产品精度，其中凸模采用组合式结构，通过固定法兰和固定螺母来固定；凹模采用纵向分体式组合凹模，用压板来固定。凸模和凹模的找正通过调节螺母来实现。挤压结束以后，采用顶杆向上顶出的方式来顶出制件。 3.2模具工作部分的设计 模具的工作部分 主要由凸模和凹模等零件，由于该零件需要有两道工序来完成，所以下面将对复合挤压和镦挤时的凸模和凹模进行分别设计。 1. 复合挤压时的凸模设计与计算 该挤压件的长度过长，为了使加工凸模方便，采用组合式凸模， 具体设计如下： 凸模工作部分直径 d=52mm，按挤压件凹模型腔直径设计，其配合关系为基孔制间隙配合 H7/h6。 其工作部分高度 h=95mm 定位部分直径 d1=90mm，其高度依照模具结构来确定。 支撑部分直径为 d4=100mm。 其图如下： 图 3-2 组合式凸模 1 凸模套 河南科技大学毕业论文 第 15 页 2 凸模垫块 3 凸模 （ 2）凹模的设计： 一般来说，凹模由容料和成形两部分构成，当挤压件较长时，由容料，成形，校直三部分构成，根据该挤压件情况，由于单位挤压力为 950MPa，入模角为 120 ，为了防止凹模转角处产生应力集中，造成凹模开裂，采用纵向分体式组合凹模结构。 其具体尺寸为： 凹模型腔内径： D0=毛坯直径 =52mm 工作带直径： D=挤压件外径最小尺寸 =23mm 退让槽直径： D2=23.1mm 工作带高度： h=2 2.5mm，取 h=2.5mm 凹模锥角： =120 容料部分高度： H1=105mm 其图如下： 图 3-3 分体式凹模 1 凹模 2 凹模镶块 河南科技大学毕业论文 第 16 页 2. 镦挤时凸模和凹模的计算： 为了实现在一套模具上完成两个挤压工序，镦挤时的凸模和凹模和复合挤压时的凸模和凹模形状相差不大。 镦挤的凸模工作部分直径为： d=61mm。 凹模型腔的内径 D0=61mm。 由于采用更换凸凹模的方法来完成挤压的两道工序，其他的部件都是可以通用的，在这里就不在列出其数据。 3.3组合凹模的设计与优化 为了提高冷挤压凹模的强度，挤压模具一般都采用组合式的结构。由于该挤压件的材料为 T2 紫铜，其单位挤压力在复合挤压和镦挤的时候都不是很大，故采用两层组合凹模，同时，为了防止凹模发生横向开裂，采用纵向分割式组合凹模。 该件在挤压时允许凹模镶块承受一定的切向挤压力，故凹模和预应力环都应该采用钢制，所以两者的弹性模量和泊淞系数大体相同。 在组合式凹模的设计过程中，要遵循以下 的设计原则： 组合凹模内腔允许承受的最大内压。 组合凹模各层环套的最佳直径比，即在已知凹模内腔孔径的条件下，决定各层环套的直径大小。 对凹模镶块内壁正确的施加预应力，也就是说要决定凹模各层环套配合直径之间过盈量。 鉴于凹模镶块承受拉应力的状况，其凹模和预应力环一般采取钢制，此种组合凹模的最佳设计原则为： 根据凹模所受到的最大能使凹模镶块与各层预应力环同时达到屈服条件进行。 凹模镶块采用 Cr12MoV，热处理要求 HRC60 62，相应的屈服极限为250Kgf mm2。 外层预应力环采用 5CrNiMo，要求 HRC40 42，相应的屈服极限为 130 Kgf mm2。 该挤压件工作内压 P=950MPa=95 Kgf mm2，所以起综合屈服极限为： =（ 250 130/n2） 1/2 所以 n 3.6，取 n=4。 由参考书目 2 第 455 页的方法可以查表 7-37 知道： n1=2.36 n2=1.70 所以， d2=100mm d3=210mm 河南科技大学毕业论文 第 17 页 d2处的轴向压合量为 C2=16mm 径向过盈量为 d2=0.82mm 其组合凹模的简图如下： 图 3-4 组合凹模 1 预应力环 2 凹模 3.4 凸凹模材料的选择和热处理 由于该挤压模具的单位挤压力不大，在保证凸凹模顺利工作的前提下，为了节省成本，决定采用 CrWMn 作为模具成形部分的材料。该材料的热疲劳强度和冲击韧性都达到了本次设计的模具的要求，经过热处理以后，其强硬性也达到了本次设计的要求。处理后的硬度 HRC 为 60 62。上下模板材料的选择一般不选用铸铁，根据本次设计的要求，选用 45 钢已经可以满足挤压要求，处理后硬度为 HRC30 32。另外，该模具所用的螺钉和销钉以及导柱导套均为标准件。 3.5 顶出装置的设计 河南科技大学毕业论文 第 18 页 由于该挤压件的形状所决定，其顶件装置设计为顶杆向上顶出制件，为了便于压力机上液压顶出缸动作，当顶出的时候，顶杆随着顶出杆一起上顶，当液压缸上的顶出杆回程的时候，顶杆依靠自身的台阶悬挂在模具的下模板上。 3.6 模具闭合高度与开模行程的校核 模具的闭合高度： H=760mm 模座： 550 550 100 开模行程： h=430mm 800mm 所以模具的最大开模高度为： H1=H h=1190mm 1250mm 即模具的最大开模行程小于活动横梁到工作台的最大距离，开模行程小于滑块行程，制件可以顺利顶出，所选用的压力机适合本次设计的模具大小。 河南科技大学毕业论文 第 19 页 第四章 毛坯与模具的润滑和软化处理 4.1挤压过程 在挤压时，上模下行，凸模在接触毛坯以后开始进行挤压，在压力机的强大的压力下，毛坯流经工作带成形，当凸模下行一定距离以后停止挤压并且开始向上回程，与此同时，压力机的 顶出机构也开始工作，凸模回程至足够的距离以后停止，顶杆在顶出机构的作用下将挤压件从凹模内顶出，完成挤压工序。 4.2毛坯与模具的润滑 为了确保润滑剂起到良好的润滑效果，在润滑处理前，必须对毛坯进行表面的处理。 大部分有色金属（硬铝除外）毛坯的表面处理不用磷化，其余的表面处理工艺过程基本上与黑色金属相同。表面处理以后在进行润滑处理。 对于紫铜来说，其润滑剂的配制为：将 13%猪油加热到 200，几分钟以后加入纯机油，两者搅拌均匀（大约 3 分钟），最后加入十四醇，或者直接采用工业豆油来进行润滑。 4.3中 间退火软化 由于该挤压件需要两道工序，所以为了降低毛坯的挤压力，提高其塑性，在